纳米氢氧化镁负载Bt Cry蛋白的构建及其杀虫活性的增效机理

The traditional Bt formulation have some shortcomings in the application process, such as the degradation of active ingredient and low anti-ultraviolet ability etc., thus hinder its application. Previous studies had confirmed that the anti-ultraviolet ability and insecticidal activity of Bt could be enhanced by nanomaterials, but the synergistic mechanism of nanomaterials still needs in-depth understanding. In this project, we applied nano-magnesium hydroxide as carrier, utilized the micro-mesoscopic methodology, combined the pesticide, molecular biology and structural chemistry, in order to: 1) study the adsorption process between Bt Cry protein and nano-Mg(OH)2, optimize the loading conditions, 2) analyze the changes of protein structure, the combination mode and the anti-ultraviolet ability, 3) investigate the synergistic mechanism from the stability of hydrolytic fragment and binding activity in the intestinal epithelial cells, 4) and observe the difference on the damage ability in the midgut of target insect. The outcomes from this project will provide theoretical and sicentific basis for development new Bt formulations.

传统Bt制剂存在有效成分易降解、抗紫外照射能力差等缺点阻碍了其应用。已有研究表明，以纳米材料为载体可以提高Bt的抗紫外性能及其杀虫活性，然而对纳米材料负载后Bt杀虫蛋白增效的机制缺乏深入认识。为此，本项目以纳米氢氧化镁为载体，借助微-介观表征技术，综合利用农药学、分子生物学和结构化学等研究方法，系统研究Bt Cry蛋白与纳米材料的吸附过程，确定二者负载的最优条件，分析负载前后蛋白结构、二者的结合方式和抗紫外性能的变化，并从负载纳米氢氧化镁前后Bt Cry蛋白在供试昆虫中肠上皮细胞的水解片段大小和稳定性、与受体的结合活性以及对中肠各组织破坏程度的差异等方面来揭示纳米氢氧化镁对Bt Cry蛋白增效的机制，为后续Bt制剂新剂型的研发提供理论基础和科学依据。

传统的Bt制剂在实际的应用过程中不能抵抗恶劣的环境条件，其有效成分在田间容易较快降解且具有较低的抗紫外性能，因而限制了其应用。本研究以来源简单、经济安全的纳米材料为载体，构建了纳米Bt生物农药体系，研究Bt Cry蛋白与纳米材料的吸附机理以及纳米材料对Bt蛋白杀虫活性的影响。初步的研究结果表明，纳米氢氧化镁与Bt Cry蛋白的负载是一个自发的放热过程，并且两者的结合方式较为稳定。同时，纳米氢氧化镁可以提高Bt的抗紫外性能及生物活性，它在经紫外照射后仍维持很高的生物活性，能够促进Bt Cry蛋白在供试昆虫体内的酶解成更多的活化片段，增强对昆虫上皮细胞的破坏程度，最终导致负载纳米载体的Bt蛋白对昆虫具有更高的毒性。此外，经纳米氢氧化镁负载的Bt杀虫蛋白在叶片上的粘附力更强，更不容易被洗脱下来，且对棉铃虫具有更强的生物活性。本研究的结果表明纳米氢氧化镁可以改善Bt制剂的功能，提高其生物活性。